系统性能稳健偏差与多点稳健设计优化

提出性能稳健偏差估计和自动多点寻优的稳健设计优化方法。该方法不要求系统参数的分布函数已知,且可适用于系统性能函数不能或不便求导和大偏差参数情况。应用设计敏感区理论和最坏情况分析原理,基于系统性能偏差和相应设计敏感区之间的关系,提出系统性能稳健偏差概念和多点稳健设计优化策略。稳健设计优化包括三个循环：内循环中,性能函数作为优化目标,性能目标的稳健性指数作为约束条件的判据,搜索优化设计方案;中循环中,由稳健性指数迭代,搜索求解系统性能目标的稳健偏差;外循环中,自动调整约束条件中设计稳健性判据的稳健性指数的门槛值,搜索可能存在的多个优化设计方案。理论分析和计算实例说明了该方法具有以下优点：能根据设计问题自动搜索可能存在的多个优化设计方案,可避免因要求选择合适的稳健性指数门槛值而给设计者带来的困难;不但能给出优化设计及优化目标值,而且能给出优化目标值的稳健偏差,为设计者在目标值及其稳健性之间决策提供重要依据。     

公差稳健优化设计的研究

为了解决产品加工成本与质量稳健的协调性问题,提出了一种新的公差稳健优化设计数学模型.依据公差稳健设计的思想,考虑产品质量的模糊性,以封闭环误差分布概率密度函数的方差和优质品概率之比为设计目标,建立了公差优化设计产品质量稳健性损失成本目标函数,并研究了优质品率和封闭环误差分布方差的确定方法.以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标,以模糊装配可靠度、可取公差极限范围为约束条件,建立了公差多目标优化数学模型.举例说明了文中所述的公差稳健优化设计方法的应用,采用遗传算法实现了公差的多目标优化设计.实例表明,该方法能够协调零件的加工成本和产品质量的稳健性损失成本,使优化指标的综合性能最佳.     

机械零件的稳健可靠性优化设计

提出一种可以提高机械零件可靠性和稳健性的优化设计方法.用凸集模型描述零件设计中存在的不确定性,采用物理规划方法构造不确定性参数的不满意度函数,通过极小化不满意度函数最差值实现目标函数的稳健性,通过灵敏度分析实现约束函数的稳健性.建立了基于物理规划和灵敏度分析的稳健可靠性优化模型,这种模型是一种嵌套的优化模型,采用分层方法对其求解.通过气门弹簧优化设计实例说明了该方法的有效性和合理性.     

基于性能稳健指数的产品族稳健优化设计

针对设计参数随机波动引起的产品族性能稳健问题,提出了一种基于性能稳健指数的产品族稳健优化设计方法.以区间型设计参数的稳健设计为研究对象,为度量设计的稳健性,提出了性能稳健指数概念和计算方法.在此基础上,通过分析设计参数的灵敏度来选择平台参数,使用模糊C均值算法对性能变化进行聚类以确定平台参数的共享策略.最后以性能稳健指数作为约束条件的判据,构建了稳健优化模型,提高了实例产品的稳健性.通过通用电机产品族的稳健优化设计实例,验证了该方法的有效性和可行性.     

基于物理规划的起重机主梁稳健优化设计

在机械优化设计中考虑载荷等不确定性因素的影响,用凸集模型描述设计中存在的不确定性,采用物理规划的方法构造不确定性参数的不满意度函数,通过极小化不满意度函数最差值的方法来实现目标函数的稳健性,通过最坏情况分析方法来实现约束函数的稳健性,使目标函数和约束函数都能实现稳健性。建立基于物理规划的稳健可靠性优化模型,这种模型是一种嵌套的优化模型,采用分层方法对其求解。以起重机主梁优化设计为例说明这种模型的合理性。     

基于梯度法的多目标稳健设计研究

针对多目标稳健设计问题,提出了基于梯度信息的稳健性设计方法。首先构建了多目标稳健性数学模型,在模型中把目标之一的均值作为约束,而把目标之二的稳健性作为优化目标。进一步地,针对复杂系统的多目标稳健设计中梯度难以计算的问题,提出了利用基于近似梯度的方法来进行稳健设计,并引用一个活塞的实例来验证所研究方法的有效性,与其他的稳健设计方法进行了对比。研究结果表明这种近似梯度能够很好地解决复杂系统的多目标稳健设计问题,实现多个目标之间的权衡。     

基于梯度法的多目标稳健设计研究

针对多目标稳健设计问题,提出了基于梯度信息的稳健性设计方法。首先构建了多目标稳健性数学模型,在模型中把目标之一的均值作为约束,而把目标之二的稳健性作为优化目标。进一步地,针对复杂系统的多目标稳健设计中梯度难以计算的问题,提出了利用基于近似梯度的方法来进行稳健设计,并引用一个活塞的实例来验证所研究方法的有效性,与其他的稳健设计方法进行了对比。研究结果表明这种近似梯度能够很好地解决复杂系统的多目标稳健设计问题,实现多个目标之间的权衡。     

基于混合响应面的多目标稳健设计

在大部分的实际工程优化问题中,产品质量特性与不确定性因素的关系是未知的或复杂的。为此提出了一种基于混合响应面技术的多目标稳健优化设计。该方法首先利用多项式响应面以及神经网络构造产品质量特性的显性表达式。在考虑目标函数以及约束稳健性的前提下,结合多目标技术中模糊偏好的方法设计权重,从而得到稳健设计的精确解。该方法解决了基于近似技术的稳健设计中计算精度与计算效率之间的矛盾。通过对双杆衍架结构进行算例分析,证明了该方法的可行性。     

公差可行稳健设计及其评价方法研究

公差可行稳健设计对于提高产品的质量起着重要的作用。在公差可行稳健模型的基础上,提出基于两步法和直接优化法的公差可行稳健设计法,针对约束函数为线性函数和非线性函数,采用基于重点抽样方法(MPP)进行装配成功率的估算,实现了对公差可行稳健性的评价。最后用实例进行验证。     

面向产品质量的稳健设计方法

稳健设计是一种面向产品质量、提高产品性能稳健性的设计方法。在设计目标上需达到优化产品质量性能,降低噪声因素引起的产品质量性能的波动,保证性能稳健可靠,具有较强的抗干扰能力的目的。重点阐述了工程稳健设计的发展概况,并对其发展方向与趋势进行了初步探讨。     

Non-probabilistic Robust Optimal Design Method

For the purpose of dealing with uncertainty factors in engineering optimization problems, this paper presents a new non-probabilistic robust optimal design method based on maximum variation estimation. The method analyzes the effect of uncertain factors to objective and constraints functions, and then the maximal variations to a solution are calculated. In order to guarantee robust feasibility the maximal variations of constraints are added to original constraints as penalty term; the maximal variation of objective function is taken as a robust index to a solution; linear physical programming is used to adjust the values of quality characteristic and quality variation, and then a bi-level mathematical robust optimal model is coustructed. The method does not require presumed probability distribution of uncertain factors or continuous and differentiable of objective and constraints functions. To demonstrate the proposed method, the design of the two-bar structure acted by concentrated load is presented. In the example the robustness of the normal stress, feasibility of the total volume and the buckling stress are studied. The robust optimal design results show that in the condition of maintaining feasibility robustness, the proposed approach can obtain a robust solution which the designer is satisfied with the value of objective function and its variation.     

基于相容决策支持问题法的稳健优化设计方法

稳健优化设计本质上是多目标的优化问题,相容决策支持问题法是一种有效的多目标优化设计方法,其实质是一种包含数学规划和目标规划的混合方法。将相容决策支持问题法应用到稳健优化设计中,建立了稳健优化设计的相容决策支持问题法模型。通过对起重机变幅机构的补偿滑轮组系统的稳健优化设计,给出了具体的分析求解过程。实例表明,相容决策支持问题法对解决工程多目标优化设计的问题是有效的。     

Optimization of Uncertain Structures with Interval Parameters Considering Objective and Feasibility Robustness

For the purpose of improving the mechanical performance indices of uncertain structures with interval parameters and ensure their robustness when fluctuating under interval parameters, a constrained interval robust optimization model is constructed with both the center and halfwidth of the most important mechanical performance index described as objective functions and the other requirements on the mechanical performance indices described as constraint functions. To locate the optimal solution of objective and feasibility robustness, a new concept of interval violation vector and its calculation formulae corresponding to different constraint functions are proposed. The math?ematical formulae for calculating the feasibility and objective robustness indices and the robustness?based preferential guidelines are proposed for directly ranking various design vectors, which is realized by an algorithm integrating Kriging and nested genetic algorithm. The validity of the proposed method and its superiority to present interval optimization approaches are demonstrated by a numerical example. The robust optimization of the upper beam in a high?speed press with interval material properties demonstrated the applicability and effectiveness of the proposed method in engineering.     

断开式转向梯形机构的稳健优化设计模型

为解决传统优化设计方法中存在的最优解的函数值波动过大且容易违反约束的问题,将稳健设计运用于汽车断开式转向梯形机构的优化设计中.首先分别分析了稳健设计和转向机构的数学模型;其次在目标函数与约束中同时考虑运动副间隙的影响,建立了稳健优化设计模型.实例分析表明,与传统的优化方法相比较,该模型不仅可以得到较小的误差还具有较高的...     

Robust Collaborative Optimization Method Based on Dual-response Surface

A novel method for robust collaborative design of complex products based on dual-response surface (DRS-RCO) is proposed to solve multidisciplinary design optimization (MDO) problems under uncertainty. Collaborative optimization (CO) which decomposes the whole system into a double-level nonlinear optimization problem is widely Accepted as an efficient method to solve MDO problems. In order to improve the quality of complex product in design process, robust collaborative optimization (RCO) is developed to solve those problems under uncertain conditions. RCO does opfmiTation on the linear sum of mean and standard deviation of objective function and gets an optimal solution with high robustnmess. Response surfaces method is an important way to do approximation in robust design. DRS-RCO is an improved RCO method in which dual-response surface replaces system uncertainty analysis module of CO. The dual-response surface is the approximate model of mean and standard deviation of objective function respectively. In DRS-RCO, All the information of subsystems is included in dual-response surfaces. As an additional item, the standard deviation of objective function is added to the subsystem optimization. This item guarantee both the mean and standard deviation of this subsystem is reaching the minima at the same time. Finally, a test problem with two coupled subsystems is conducted to verify the feasibility and effectiveness of DRS-RCO.     

具有随机型和区间型干扰因素的产品健壮设计研究

针对随机型和区间型干扰因素共同作用条件下的产品健壮设计问题，在同时考虑设计目标健壮性和设计约束可行健壮性的基础上，提出了健壮设计的分位数型设计准则；在该设计准则的基础上，建立了产品健壮设计的分位数优化模型，保证了所设计产品的抗干扰能力和可靠度。通过汽车离合器膜片弹簧的健壮设计实例，验证了该方法的有效性和实用性。